光電子器件設計的案例
智芯研報｜深度解析光電子器件行業
前言
根據全球半導體貿易協會的說法，半導體行業細分為：集成電路、光電子、分立器件以及傳感器。其中光電子器件占整個半導體產業的比例在7%-10%之間。光電子元器件是通信行業的核心，具有光信號發射、接受、信號處理功能。
從目前的產業發展周期來看，光電元器件行業依然處于行業早期，未來市場潛力巨大。光電子元器件可分為光電芯片、光器件和光模塊。
《AFM》：納米壓印光刻，光電子器件大規模實施重要里程碑！
納米粒子與光的相互作用使其具有驚人的電、光、磁等性質，具有廣泛的應用前景。
等離子體納米粒子可以將光以局域表面等離子激元的形式捕獲到亞波長的體積中，這種增強的模式體積對于光化學、光物理、生物傳感、光催化、光子器件、等離子體增強手性、非線性物理等等都是非常重要的。然而，降低由于電子的高散射率而造成的歐姆損耗，以及用成本低廉的方法大規模組裝等離子體積木，仍然是具有挑戰性的。
在這項研究中，來自萊布尼茨聚合物研究所等單位的研究人員報道了干涉光刻和納米壓印光刻在不同靶襯底上的融合，從透射電子顯微鏡柵格上的碳膜到無機和可摻雜的聚合物半導體。
這種簡單的膠體印刷技術在硅、玻璃、金薄膜和萘二酰亞胺聚合物上進行了演示，因此標志著光電子器件大規模實施的一個重要里程碑。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202105054
使用膠體墨水和IL生產的聚二甲基硅氧烷印章，一維等離子體光子晶體在厘米尺度上以75%的成品率打印
出來。另一方面，采用原子光滑、單晶、單分散的金(Au)納米膠體積木，在二氧化鈦(TiO
2
)平板波導上印刷一維
等離子體光柵，產生光譜線寬為10 nm的波導-等離子體偏振子模式。等離子體激元誘導的超熱電子通過雙端電流測量在引導條件下具有更高的光響應性。制備的具有Au/TiO
2
異質結的雜化結構增強了光催化過程，如利用產生的熱電子降解甲基橙(MO)染料分子。
總的來說，本文提出了一種廉價、快速、簡便和可重復的技術，該技術有可能使用膠體墨水作為壓印抗蝕劑，在大面積上以高分辨率打印所需的結構。該技術是IL和NIL的結合，可用于在不同的靶襯底上制備不同形貌、不同電導率和不同疏水性的一維金屬光子晶體。
展開 PCB設計對電子器件散熱性能之影響
在電子器件及系統技術中PCB扮演的角色越來越重要，隨著系統體積縮小的趨勢，IC 制程及封裝技術不斷向更細更小的連接及體積發展，作為器件及系統連接角色的PCB也朝向連接細微化的高密度PCB發展。另一方面，隨著電子產品發熱密度的不斷提升，對于PCB層級散熱設計的需求也越來越受到重視。本文中將介紹PCB的發展趨勢、材質及結構之熱傳特性、器件布局的散熱影響以及內藏式基板的發熱問題等，供設計之參考。
介紹
由于電子裝置的性能提升、模塊化、計算機速度高速化的結果，對于PCB的種類造成很大的改變。PCB的發展趨勢如圖一所示，發展主流由30 年前的單面板到20 年前的雙面板到十年前的多層板的開發，并由多層板朝高層板化（三層＞四層＞六層＞八層＞十層…＞二十層＞…＞…五十層＞..）。除了高層數的趨勢之外，也朝向薄板化發展，一般PCB的板厚標準為1.6mm，然而隨著裝置體積的縮減，開始采用更薄的PCB（1.6mm>1.0mm>0.6mm>…..）。此外，隨著封裝設計的內部連接間距越來越小，數據傳輸速率的提升要求越來越高，基板和電路相互的連接也越來越精細，由傳統的玻璃/環氧基樹脂制程到新的技術如ALIVH及雷射鉆孔等技術的發展，使得繞線和空間的設計由1996 年的100μm降到2000年50μm。
在封裝的發展趨勢中，功能提升及縮小化造成發熱密度越來越高，一些高頻通訊產品，只靠封裝設計已無法散去足夠的熱，必須藉由PCB的設計來加強散熱功能。目前最新的內藏式機板的設計技術把被動器件如電阻、電感及電容等埋在PCB中，如此可將表面的器件密度提升。而技術更高的目標則是結合光通訊器件以及內藏式機板的集成型光機板(EOCB)，如圖二所示。其溫度的控制將非常嚴苛，更將使機板設計的困難度提升。
展開 電力電子器件可靠性之熱設計交流會
尊敬的女士/先生：
電子技術日新月異的發展對船舶、航空、航天、通信、汽車、軍工等各行業都產生了極其深遠的影響。在電子系統設計中我們需特別關注其可靠性，而在影響電子產品可靠性的幾個關鍵問題中，散熱問題最為核心?；诖?，為幫助高校及國內科研單位提升電子產品熱設計水平，海基科技將聯合Mentor Graphics公司共同舉辦“電力電子器件可靠性之熱設計交流會”，本次活動于2016年5月27日在北京開幕，誠邀您參加。
本次活動中，您將有機會與多位散熱專家共同探討熱仿真、熱測試相關話題；了解半導體器件的熱瞬態測試方法、半導體器件的功率循環及壽命預測、電子器件進行計算模型的校準等相關技術；并有機會親自參觀體驗先進的半導體器件熱特性測試儀器T3Ster。
報名請點擊：https://jinshuju.net/f/FqmKbghttps://jinshuju.net/f/FqmKbg
專家介紹
Andras Vass-Varnai：布達佩斯技術與經濟大學電氣工程專業博士，2007年加入MicRed團隊，擔任歐盟資助的 NANOPACK 項目技術主管，開發出DynTIM產品。在工業級功率循環測試系統PWT1500A（Power Tester 1500A）的設計和推廣中有深刻研究。2015年榮升為高級產品經理負責熱測試的相關研究。他的主要研究領域包括電子設備的熱管理、熱瞬態測試的高級應用、TIM材料的屬性、高功率半導體器件的可靠性研究，在國際上發表相關文章30多篇。
許欽淳：博士，Mentor Graphics MAD（機械分析部）高級應用工程師，工作地點臺灣。2008年獲得臺灣淡江大學機械專業博士學位。研究方向為熱管理，擅長電子冷卻、熱管、兩相流和流體機械。在T3Ster熱瞬態測試設備和熱管理方面，擁有多年研究經驗。
展開 
熱設計篇--電子器件的熱損耗理論計算（三）
今天我們來分享下無源器件熱損耗的計算。什么叫無源器件呢？上篇文章有提到過，簡單地講，需要電能（源）的器件叫有源器件，無需電能（源）的器件就是無源器件。無源器件一般用來進行信號傳輸，或者通過方向性進行“信號放大”，容、阻、感都是無源器件。
提到無源器件的熱損耗，不得不提到一位著名的科學家（如下照片），他是誰呢？
還沒猜中？再提示一下，是誰發現了這個規律：電流通過導體所產生的熱量和導體的電阻成正比，和通過導體的電流的平方成正比，和通電時間成正比。
對，他就是著名的焦耳，他發現了著名的焦耳定律。很多無源器件的熱損耗都是通過焦耳定律來計算的。下面我們來一一介紹：
（1）導線
連接導線的穩態熱損耗是由焦耳定律給出，即：
（2）電阻
電阻的穩態熱損耗也由焦耳定律給出，即：
（3）電容器
雖然電容器通常被認為沒有熱損耗，但實際上由于電容器內部也有阻抗，因而也會產生熱損耗。正弦波激勵的電容器熱損耗的計算式為：
（4）電感器和變壓器
電感器和變壓器的熱損耗的計算方法與電阻類似，即：
以上就是今天分享的無源器件熱損耗理論計算。實際工程應用中，很多熱損耗是可以從規格書里查到的，如果查不到，可以用這些理論公式計算。
展開 熱設計篇--電子器件的熱損耗理論計算（一）
電子器件的耗散功率（俗稱熱損耗）是決定熱仿真精確度的重要參數，也是電子產品熱設計的基礎。熱損耗可以通過試驗測量或者理論計算的方法確定。本文會連載幾篇介紹幾種常見電子器件熱損耗的理論計算方法，供諸君參考使用。
電子器件產生的熱量是其正常工作時必不可少的副產物。當電流流過半導體或者無源器件時，一部分功率就會以熱能的形式散失掉，這部散失掉的功率稱為熱損耗，計算公式如下：
如果電壓或者電流隨著時間變化，那么熱損耗由平均熱損耗給出，可以用下面的公式表示：
當然上面熱損耗的公式是一個籠統的公式，實際上對于不同的電子器件，公式都不一樣。后續我們會分別介紹有源器件CMOS、JunctionFET、MOSFET和無源器件導線、電阻、電容器、電感器和變壓器等熱損耗的理論計算公式。
展開 為電子元器件穿“熱隱衣”！深度學習賦能的熱學超材料智能設計
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
通過設計熱學超材料的結構構型，可實現熱流的操縱與控制，從而獲得超常熱功能，如：熱隱身、熱集中、熱偽裝、熱旋轉等。熱學超材料設計涉及高維設計空間、多個局部極值、巨大計算成本，以及熱學屬性與單胞結構間多種對應關系等，這給熱學超材料的智能設計帶來了巨大的挑戰，因此，開發出自動、實時、可定制化地設計熱學超材料的方法十分重要。
02
成果掠影
近日，華中科技大學高亮教授團隊關于熱學超材料拓撲優化設計的最新研究成果提出了深度學習賦能的熱學超材料拓撲優化設計方法，實現了自由形狀熱學超材料的智能設計。設計的“熱隱衣”可屏蔽外部溫度場對器件內部物體的干擾，實現主動隔熱，可用于熱敏元器件的熱防護。該方法采用深度生成模型，將拓撲功能單胞概率表示在隱空間，根據熱學超材料的定制功能需求，可自動、實時地生成具有目標熱傳導張量的拓撲功能單胞，進而快速生成熱學超材料?；谏鲜鏊悸罚芯繄F隊設計了多種具有自由形狀、背景溫度獨立、全方向功能的熱隱身超材料，并通過數值仿真和熱學實驗驗證了其良好的熱隱身效果。該研究工作也為熱學超材料的智能設計提供了全新思路，可靈活實現不同背景材料、自由形狀和不同熱功能的熱學超材料的快速設計，解決了傳統熱學超材料設計中大規模有限元計算與反復優化迭代所帶來的計算效率低的難題，進一步推動了熱學超材料在航空航天、電子等領域的工程應用。相關研究成果以“Deep-Learning-Enabled Intelligent Design of Thermal Metamaterials”為題發表于《Advanced Materials》。
展開 基于Rsoft的Beamprop模塊進行光電子自聚焦透鏡設計
摘要
本文目的：設計一個自聚焦棒，觀察其仿真結果，并對耦合效率進行仿真，得到相應的結果。
首先是新創建一個設計文件。在本次仿真中做了如下設置。如圖1所示。
圖1 創建新設計
在這一步中，設置光波長為1.55um，外界折射率為1.6。波導寬度為100。接著繪制波導模擬自聚焦棒。
圖2 自聚焦棒模擬圖
界面中的紅色部分即是在軟件中模擬的自聚焦棒，即繪制一段波導來模擬。對于自聚焦棒而言，折射率滿足類拋物線的規律，即從兩邊向中間逐漸增大。在Beamprop中可以設置其折射率模式Profile Type為Gaussian。滿足自聚焦棒的折射率變化規律。設置方法如下所示。
圖3 波導折射率設置
右鍵點擊界面中的波導即可出現如圖2的屬性界面。將左起第二項Profile Type在下拉菜單中改為Gaussian。接下來的步驟是設置監控電源，在EDIT PATHWAY中設置，如圖4所示。
圖4 監控電源設置
接下來就可以進行自聚焦棒的仿真，運行Perform Simulation，選擇不同的演示模式（Display Mode）可以觀測到自聚焦棒在光信息傳播中的狀態。
圖5 波導折射率狀態
圖6 光在波導中傳播路徑仿真
圖5仿真是的波導中折射率的分布圖，為高斯函數的3D模擬圖形。圖3.7顯示的是自聚焦棒中的光線傳播路徑，可以看到光線由平行入射到最后聚于一點，符合自聚焦棒的特性。
在介質中另模擬一段折射率均勻的波導，用于跟自聚焦棒進行耦合。波導位置圖形如圖7所示。
圖7 波導間耦合
圖中1為接收波導，2為發射波導。第一種情況中設置2為自聚焦透鏡。
當透鏡棒長度為L/4時，那么入射光為平行光時，出射光會聚，此時入射到下一級的光能量損失最小，達到耦合最佳狀態。
展開 基于第三代半導體材料的壓電電子學和壓電光電子學
該期專刊的八篇綜述文章從基礎材料特性，相關效應的物理過程，器件設計和應用，及理論計算和分析等角度全方位地回顧了壓電電子學和壓電光電子學的最新學科進展，并對未來的研究趨勢做了深入討論。
專輯鏈接：
https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/issue/piezotronics-and-piezophototronics/F81BA08F5CEB914528A9C5C47DD8B407
【圖文導讀】
【成果一】壓電電子學與壓電光電子學理論
電子科技大學張巖教授與美國喬治華盛頓大學冷永生教授，中國科學院北京納米能源與納米系統研究所Morten Willatzen教授，以及香港理工大學黃博龍教授合作在MRS Bulletin上發表了題為“Theory of Piezotronics and Piezo-phototronics”的綜述論文。文章從壓電電場調控壓電半導體結區、金屬壓電半導體以及壓電半導體異質界面，壓電電場載流子產生、復合及輸運特性的調控模型為基礎，系統總結了壓電電子學與壓電光電子學的基本理論。 作者從計算與模擬壓電半導體材料的物理特性與器件特性的不同研究角度，分別詳細介紹了密度泛函、分子動力學以及有限元方法，從不同角度總結了計算驅動下的壓電半導體材料設計優化以及壓電電子學與壓電光電子學器件性能優化的理論、計算與器件仿真方法。此外，作者總結了壓電電場調控量子器件的模型和理論，如壓電電場調控拓撲絕緣體特性等。文章不僅對近年來壓電電子學與壓電光電子學理論進展和器件應用作了總結和介紹，同時也為設計和發展新型高性能量子壓電電子學與壓電光電子學器件的基礎理論與設計仿真提供了新的平臺與思路。
展開 Ansys 2025 全球仿真大會 - 分會場嘉賓陣容揭曉
葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設計高級系統工程師
演講主題：氣液兩相流仿真技術研究與應用實踐
談周妥 | 中興通訊股份有限公司 熱設計工程師
演講主題：兩相散熱器結冰鼓脹失效機理的仿真研究
余磊 | 中興通訊股份有限公司 力學設計工程師
演講主題：通訊產品隧道&抱桿流固耦合抗風Ansys解決方案
陳桂杰 | Ansys主任應用工程師
演講主題：Ansys Fluent電池模塊新功能及應用場景拓展
王佩犇 | 中國農業大學 博士生
演講主題：大容量磷酸鐵鋰電池熱失控期間電解液相變吸熱與噴發研究
黃炳雷 | 博格華納驅動系統（蘇州）有限公司 仿真主管工程師
演講主題：新能源汽車電機控制器凝露仿真分析案例
郭曉東 | Ansys主任應用工程師
演講主題：基于optiSLang的Rocky材料參數標定流程
技術分會場三：CPS多物理場仿真
Teongming Cheah | Ansys半導體產品高級技術總監
演講主題：歡迎致辭
周林杰 | 上海交通大學 集成電路學院教授
演講主題：硅基光電子器件仿真和設計研究進展
張建國 | 中興微電子SIPIteam負責人
演講主題：UCIe接口簡介及仿真要點
周錚 | Ansys光學應用技術主管
演講主題：CPO 下的硅光子芯片設計與挑戰
趙繼芝 | Ansys高級產品專家
演講主題
展開 Last call：Ansys 2025 全球仿真大會報名即將截止！
CPS多物理場仿真（地點：萬麗酒店漁陽廳1+2）
時間
演講主題
演講人及公司
08:30 - 08:40
歡迎致辭
Teongming Cheah
Ansys半導體產品高級技術總監
08:40 - 09:05
硅基光電子器件仿真和設計研究進展
周林杰
上海交通大學 集成電路學院教授
09:05 - 09:30
UCIe接口簡介及仿真要點
張建國
中興微電子 SIPIteam負責人
09:30 - 09:55
CPO 下的硅光子芯片設計與挑戰
周錚
Ansys光學應用技術主管
09:55 -10:20
3DHI中共封裝光學（CPO）的多物理挑戰和解決方案
趙繼芝
Ansys高級產品專家
10:20 -10:40
基于Ansys Icepak的智駕芯片熱管理及域控熱設計
李志偉
北京地平線信息技術有限公司 結構散熱團隊負責人
10:40 -11:00
茶歇
11:00 -11:25
基于 Ansys HFSS+Circuit
展開 
Last call：Ansys 2025 全球仿真大會本周五截止報名！
CPS多物理場仿真（地點：萬麗酒店漁陽廳1+2）
時間
演講主題
演講人及公司
08:30 - 08:40
歡迎致辭
Teongming Cheah
Ansys半導體產品高級技術總監
08:40 - 09:05
硅基光電子器件仿真和設計研究進展
周林杰
上海交通大學 集成電路學院教授
09:05 - 09:30
UCIe接口簡介及仿真要點
張建國
中興微電子 SIPIteam負責人
09:30 - 09:55
CPO 下的硅光子芯片設計與挑戰
周錚
Ansys光學應用技術主管
09:55 -10:20
3DHI中共封裝光學（CPO）的多物理挑戰和解決方案
趙繼芝
Ansys高級產品專家
10:20 -10:40
基于Ansys Icepak的智駕芯片熱管理及域控熱設計
李志偉
北京地平線信息技術有限公司 結構散熱團隊負責人
10:40 -11:00
茶歇
11:00 -11:25
基于 Ansys HFSS+Circuit 的 LPDDR4X EMI仿真
展開 Ansys 2025全球仿真大會最新日程正式發布！
data-row-id="8i1gjh7ish9" data-col-id="bimyazhah4q" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p><strong>演講主題</strong></p></p></td><td class="ql-table-cell" data-row-id="8i1gjh7ish9" data-col-id="8wpuqzj49f" rowspan="1" colspan="1" style="border-width: 1px; padding: 0px;"><p class="ql-table-cell-inner" data-table-id="u04w01c76sb" data-row-id="8i1gjh7ish9" data-col-id="8wpuqzj49f" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p><strong>演講人及公司</strong></p></p></td></tr><tr class="ql-table-row" data-row-id="f9rqtez1b5l"><td class="ql-table-cell" data-row-id="f9rqtez1b5l" data-col-id="bimyazhah4q" rowspan="1" colspan="1" style="border-width: 1px; box-sizing: border-box;"><p class="ql-table-cell-inner" data-table-id="u04w01c76sb" data-row-id="f9rqtez1b5l" data-col-id="bimyazhah4q" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p>硅基光電子器件仿真和設計研究進展
展開 Ansys 2025全球仿真大會日程完整版發布（內附日程文件下載）
data-row-id="n1g5cibsb6k" data-col-id="6m8ypn3801i" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p><br></p></p></td></tr><tr class="ql-table-row" data-row-id="0afo8qirbivf"><td class="ql-table-cell" data-row-id="0afo8qirbivf" data-col-id="70hfn71zean" rowspan="1" colspan="1" style="border-width: 1px; box-sizing: border-box;"><p class="ql-table-cell-inner" data-table-id="p2ghsswaua" data-row-id="0afo8qirbivf" data-col-id="70hfn71zean" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p> 08:40 - 09:05</p></p></td><td class="ql-table-cell" data-row-id="0afo8qirbivf" data-col-id="c3m2447pttu" rowspan="1" colspan="1" style="border-width: 1px; box-sizing: border-box;"><p class="ql-table-cell-inner" data-table-id="p2ghsswaua" data-row-id="0afo8qirbivf" data-col-id="c3m2447pttu" data-rowspan="1" data-colspan="1"><p> 硅基光電子器件仿真和設計研究進展
展開 